EP3077256B1 - Beleuchtung zur detektion von regentropfen auf einer scheibe mittels einer kamera - Google Patents

Beleuchtung zur detektion von regentropfen auf einer scheibe mittels einer kamera Download PDF

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EP3077256B1
EP3077256B1 EP14730735.9A EP14730735A EP3077256B1 EP 3077256 B1 EP3077256 B1 EP 3077256B1 EP 14730735 A EP14730735 A EP 14730735A EP 3077256 B1 EP3077256 B1 EP 3077256B1
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EP
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camera
film
light
pane
reflected
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Stefan Bix
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Conti Temic Microelectronic GmbH
Original Assignee
Conti Temic Microelectronic GmbH
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Publication date
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/47—Scattering, i.e. diffuse reflection
    • G01N21/4738—Diffuse reflection, e.g. also for testing fluids, fibrous materials
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60S—SERVICING, CLEANING, REPAIRING, SUPPORTING, LIFTING, OR MANOEUVRING OF VEHICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B60S1/00—Cleaning of vehicles
    • B60S1/02—Cleaning windscreens, windows or optical devices
    • B60S1/04—Wipers or the like, e.g. scrapers
    • B60S1/06—Wipers or the like, e.g. scrapers characterised by the drive
    • B60S1/08—Wipers or the like, e.g. scrapers characterised by the drive electrically driven
    • B60S1/0818—Wipers or the like, e.g. scrapers characterised by the drive electrically driven including control systems responsive to external conditions, e.g. by detection of moisture, dirt or the like
    • B60S1/0822—Wipers or the like, e.g. scrapers characterised by the drive electrically driven including control systems responsive to external conditions, e.g. by detection of moisture, dirt or the like characterized by the arrangement or type of detection means
    • B60S1/0833—Optical rain sensor
    • B60S1/0844—Optical rain sensor including a camera
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01V—GEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
    • G01V8/00—Prospecting or detecting by optical means
    • G01V8/10—Detecting, e.g. by using light barriers
    • G01V8/12—Detecting, e.g. by using light barriers using one transmitter and one receiver
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06V—IMAGE OR VIDEO RECOGNITION OR UNDERSTANDING
    • G06V20/00—Scenes; Scene-specific elements
    • G06V20/50—Context or environment of the image
    • G06V20/56—Context or environment of the image exterior to a vehicle by using sensors mounted on the vehicle
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2201/00—Features of devices classified in G01N21/00
    • G01N2201/06—Illumination; Optics
    • G01N2201/061—Sources
    • G—PHYSICS
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    • G01N2201/00—Features of devices classified in G01N21/00
    • G01N2201/06—Illumination; Optics
    • G01N2201/062—LED's

Definitions

  • the invention relates to a device for detecting rain on a pane by means of a lighting and a camera.
  • a rain sensor is proposed by means of a camera, which provides a large-area illumination of the passage window of the camera opening angle with the disk by an infrared diode.
  • the camera is almost focused on infinity and thus simultaneously usable for driver assistance applications. Because of the image on the far field, raindrops are only noticeable as disturbances in the image, which are detected by complex differential measurements of the images recorded in synchronization with the pixel clock pulsed or modulated infrared light.
  • a camera is placed behind a disk, especially inside a vehicle behind a windshield, and focused on a far-end area that lies in front of the disk.
  • An illumination source for generating at least one light beam directed onto the pane directs the at least one light beam onto the pane such that at least one beam reflected from the outside of the pane impinges on the camera as an external light reflection or external reflection.
  • the amount of light of the at least one incident on the camera beam or light reflection can be measured by the camera.
  • an illumination source one or more light-emitting diodes are optionally specified with a light guide or a light band. If the opening angle of the illumination is large enough, the illumination source can also be placed inside the camera, eg on a board of the camera body.
  • document JP 2010 223 685 A discloses an apparatus for detecting rain on a disc comprising a camera according to the first part of claim 1.
  • Object of the present invention is to provide an optimized lighting for a camera-based rain detection, which ensures a high sensitivity.
  • the invention is based on the following basic considerations:
  • the sensitivity of the rain detection depends on the illumination intensity and the area of the detection area on the windshield. With LEDs as the source of illumination, an area is covered that corresponds to the mirrored on the windshield image of the LEDs. This covered area is often insufficient for efficient rain detection.
  • the use of a light guide is also associated with a loss of light intensity emitted by the illumination source.
  • a device according to the invention for detecting rain on a pane comprises a camera and an electrically activatable, actively light-emitting film as the illumination source. The light emitted by the film exits as a light surface.
  • the film as an illumination source advantageously produces a uniform surface illumination (light surface) of a region of the pane when it is correspondingly electrically driven.
  • the camera and the film are designed and arranged such that the camera can detect a signal from the light or an image of the light surface which emits the film, hits the pane and is reflected by the pane.
  • the signal detected by the camera or the light surface (s) correlates with light reflected or scattered on the inside or outside of the pane and / or on the raindrop, which is emitted by the film.
  • the camera preferably comprises an image sensor, e.g. a CCD or CMOS sensor, and an imaging system for focusing electromagnetic radiation from one or more areas onto the image sensor.
  • an image sensor e.g. a CCD or CMOS sensor
  • an imaging system for focusing electromagnetic radiation from one or more areas onto the image sensor.
  • rain is detected on the outside of the disk by placing the camera behind the disk and focusing it on a distant area in front of the disk.
  • the device according to the invention has the advantage that a cost-effective lighting is used, which enables a robust and reliable detection of rain.
  • Both the material and the manufacturing costs for a device according to the invention are low compared to known camera-based devices with comparably versatile fields of application and comparable effectiveness or sensitivity of rain detection.
  • the camera and the active light-emitting film are designed and arranged such that the camera can detect a first mirror image of the light surface reflected on the inside of the pane and a second mirror image of the light surface reflected on the outside of the pane.
  • the camera and the actively light-emitting type of foil are preferably formed and arranged such that the first and second mirror images detectable by the camera do not overlap one another, they can adjoin one another.
  • the first mirror image is independent of the presence of raindrops in the illuminated area of the pane, while the second mirror image is present in the illuminated raindrops Disc changes or attenuates because parts of the light intensity are coupled out of the disc by the raindrops and are not reflected to the camera.
  • the film comprises at least one organic light-emitting diode (OLED) for the active emission of light.
  • OLED organic light-emitting diodes
  • OLEDs are made up of several organic layers.
  • OLEDs comprise organic semiconducting materials, have an anode and a cathode and can be arranged on bendable plastic films.
  • OLEDs offer the advantage that they can be produced by printing technology and thus comparatively inexpensively and are electrically controlled with direct voltage. As a result, a limitation or adaptation of the light area is possible.
  • the film is an electroluminescent film.
  • An electroluminescent film is also referred to as a condenser luminescent film (also abbreviated to luminescent or light foil), since it is structurally similar to a plate capacitor.
  • the electroluminescent material is electrically isolated between two electrodes. By applying an alternating electrical voltage to the electrodes, the electroluminescent material is excited to emit light.
  • the luminous electroluminescent film is suitable as a source of illumination for rain detection. Electroluminescent films offer the advantage that they are thinner and less complex than OLED.
  • the film has a plurality of individually electrically controllable, light-emitting regions.
  • the film may be constructed in the form of a matrix of individually electrically activatable, light-emitting cells.
  • the shape or size of the light surface can be varied or adapted become.
  • the device comprises a lighting control device for the electrical control of the film.
  • a lighting control device for the electrical control of the film.
  • the camera is focused by means of a lens on a remote area, so that the one or more mirror images of the light surface is imaged by the camera or are blurred.
  • the camera can be used as a multi-function sensor for one or more additional driver assistance functions based on an evaluation of the focussed distant range, e.g. Lane Departure Warning (LDW), Lane Keeping Assistance / System (LKA), Traffic Sign Recognition (TSR), Intelligent Headlamp Control (IHC), Collision Warning (FCW) Forward collision warning), an automatic adaptive cruise control (ACC), a parking assistance and automatic emergency braking or emergency steering systems (EBA, Emergency Brake Assist or ESA, Emergency Steering Assist).
  • LDW Lane Departure Warning
  • LKA Lane Keeping Assistance / System
  • TSR Traffic Sign Recognition
  • IHC Intelligent Headlamp Control
  • FCW Collision Warning
  • ACC automatic adaptive cruise control
  • ACC automatic adaptive cruise control
  • EBA Emergency Brake Assist or ESA, Emergency Steering Assist
  • the film is arranged in a recess of a housing.
  • the housing may in particular the housing of the camera, the camera electronics or of the lighting control device.
  • the housing can be made of metal.
  • the lighting control device can be arranged on a printed circuit board, wherein the printed circuit board is part or carrier of the camera electronics.
  • the printed circuit board can also be arranged inside the housing.
  • the camera comprises a viewing funnel or a screen or a scattered light aperture, which limits in particular the field of view of the camera (downwards) and ideally minimizes disturbing and stray light reflections.
  • the film is arranged on the view funnel or integrated into the view funnel. In order to achieve a compact design of the camera with integrated lighting, the film can be integrated into the view funnel in such a way that it "replaces" the view funnel in this area.
  • the view funnel may comprise a region of translucent material and the foil may be arranged thereon, in particular.
  • Fig. 1 shows in longitudinal section a focused on the far field camera with lens (1) and an LED illumination source (7), the light (o, p, h) on a windshield (2) emits a vehicle, basically comparable to an embodiment of WO 2012/092911 A1 ,
  • the LED illumination source (7) emits light in a specific distribution (p) here with a beam angle or a half width (FWHM) of the beam angle distribution of 120 ° and a maximum intensity in the central radiation direction (o).
  • the opening angle of the illumination is so large that rays reflected from a beam direction (h) on the inner (2.1) and outer side (2.2) of the disk are transmitted as two spatially separated beams (r1, r2) onto the lens or the camera (1 ).
  • the portion (r1) of the light beam (h) reflected at the air-disk interface (or disk inside (2.1)) can serve as a reference beam. From the portion which is transmitted into the disk, the portion serves as a measuring beam (r2) which is reflected at the disk-air / raindrop interface (or disk outside (2.2)) and hits the camera (1). Not shown is the proportion of the beam, which is reflected several times within the disc (2) (on the inside (2.1) disc-air after it has been reflected on the outside (2.2) disc raindrops).
  • the illustrated beam paths (h, r1, r2) and light distributions (o, p) are schematic.
  • the LED illumination source (7) preferably comprises a plurality of LEDs arranged in a row with a wide radiation angle, of which Fig. 1 only one is shown.
  • the further LEDs can in particular be perpendicular to the in Fig. 1 lined up.
  • a plurality of LEDs is advantageous for achieving sufficient illumination for rain detection.
  • the LEDs are arranged in particular as upwardly radiating SMD components on a printed circuit board (4).
  • the circuit board (4) may advantageously be a PCB (printed circuit board) of the camera electronics, which is arranged to protect against dirt, moisture and electromagnetic interference within a housing (5).
  • the connecting line between the camera (1) and the printed circuit board (4) in Fig. 1 should only illustrate that the circuit board (5) is part of the camera electronics.
  • the illuminated by the LEDs (7) area of the windshield (2), which can be used for rain detection, is very small, for example, in the order of less mm 2 . Only in this (detection) area are raindrops located on the outside of the window illuminated by LEDs. The sensitivity of the rain detection depends on the light intensity and the size of the detection area on the windshield. With LEDs as illumination source (7), the detection area corresponds to the mirror image, which is produced by reflection of the LED emission surfaces on the pane. The result Covered (detection) surface is not sufficient for effective rain detection.
  • Fig. 2 shows an arrangement with an active light-emitting film (3) as a source of illumination.
  • the film is electrically controllable and may in particular comprise one or more organic light-emitting diodes (OLED).
  • OLED organic light-emitting diodes
  • the OLED film (3) lights up when it is driven by a suitable DC voltage from a lighting control unit (6).
  • the light (h) emitted by the OLED film (3) leads to a uniformly illuminated film surface (s) (light surface).
  • the mirror or virtual images of the light surface (s) generated by the disk inside (i1) and -outside (i2) are visible to the camera (1).
  • the angles between the illuminated surface (s) and the windshield (2) and between the windshield (2) and the optical axis of the camera (1 ) there may be an overlap of the first (i1) and second (i2) mirror image in the camera image.
  • This overlapping area can not or only with difficulty be used for effective rain detection.
  • an overlap of the first (i1) and second (i2) mirror image in the camera image should be avoided.
  • the film (3) has a plurality of individually electrically controllable, light (h) emitting regions.
  • the film (3) may be constructed in the form of a matrix of individually electrically activatable light (h) emitting cells.
  • Lighting control unit (6) can be adjusted so the shape or size of the light surface (s). As a result, the light surface can be limited so that there is no such overlap.
  • the film (3) can be arranged at a predetermined fixed angle and optionally also a fixed predetermined distance from the respective windshield (2).
  • the film (3) can be arranged acted upon with a corresponding tilt angle.
  • a curved arrangement of the film (3) is possible, whereby small differences in the angle of inclination in windshields (2) can be sufficiently compensated. This makes it possible to cover or illuminate a similar detection area on the respective windshield (2) for different windshield inclinations in different vehicle types.

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Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erkennung von Regen auf einer Scheibe mittels einer Beleuchtung und einer Kamera.
  • In der US 7,259,367 B2 wird mittels einer Kamera eine Regensensierung vorgeschlagen, die eine großflächige Beleuchtung des Durchtrittsfensters des Kameraöffnungswinkels mit der Scheibe durch eine Infrarotdiode vorsieht. Die Kamera ist nahezu auf unendlich fokussiert und damit gleichzeitig für Fahrerassistenzapplikationen nutzbar. Wegen der Abbildung auf den Fernbereich sind Regentropfen nur als Störungen im Bild bemerkbar, die durch aufwendige Differenzmessungen der mit in Synchronisation des Pixeltaktes gepulsten oder modulierten Infrarotlichtes aufgenommen Bildern detektiert werden.
  • In der WO 2012/092911 A1 werden eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Erkennung von Regen beschrieben. Eine Kamera ist hinter einer Scheibe angeordnet, insbesondere im Inneren eines Fahrzeugs hinter einer Windschutzscheibe, und auf einen Fernbereich fokussiert, der vor der Scheibe liegt. Eine Beleuchtungsquelle zur Erzeugung mindestens eines auf die Scheibe gerichteten Lichtstrahls richtet den mindestens einen Lichtstrahl derart auf die Scheibe, dass mindestens ein von der Außenseite der Scheibe reflektierter Strahl als äußerer Lichtreflex bzw. Außenreflex auf die Kamera auftrifft. Die Lichtmenge des mindestens einen auf die Kamera auftreffenden Strahls bzw. Lichtreflexes kann von der Kamera gemessen werden kann. Als Beleuchtungsquelle sind eine oder mehrere Leuchtdioden optional mit einem Lichtleiter oder ein Lichtband angegeben. Wenn der Öffnungswinkel der Beleuchtung groß genug ist, kann die Beleuchtungsquelle auch innerhalb der Kamera, z.B. auf einer Platine des Kameraaufbaus platziert werden.
  • Die Empfindlichkeit der Regenerkennung hängt hierbei wesentlich von der Ausgestaltung der Beleuchtung ab. Dokument JP 2010 223 685 A offenbart eine Vorrichtung zur Erkennung von Regen auf einer Scheibe umfassend eine Kamera gemäß das erste Teil des Anspruchs 1.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine optimierte Beleuchtung für eine kamerabasierte Regenerkennung anzugeben, die eine hohe Empfindlichkeit gewährleistet.
  • Die Erfindung basiert auf den folgenden Grundüberlegungen: Die Empfindlichkeit der Regenerkennung hängt von der Beleuchtungsintensität und der Fläche des Detektionsbereichs auf der Windschutzscheibe ab. Mit LEDs als Beleuchtungsquelle wird ein Bereich abgedeckt, der dem an der Windschutzscheibe gespiegelten Bild der LEDs entspricht. Dieser abgedeckte Bereich reicht häufig nicht für eine effiziente Regenerkennung aus. Die Verwendung eines Lichtleiters geht zudem mit einem Verlust der von der Beleuchtungsquelle emittierten Lichtintensität einher. Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Erkennung von Regen auf einer Scheibe umfasst eine Kamera und eine elektrisch ansteuerbare, aktiv Licht emittierende Folie als Beleuchtungsquelle. Das von der Folie emittierte Licht tritt als Lichtfläche aus. Die Folie als Beleuchtungsquelle erzeugt vorteilhaft eine gleichmäßige flächige Beleuchtung (Lichtfläche) eines Bereichs der Scheibe, wenn sie entsprechend elektrisch angesteuert wird. Die Kamera und die Folie sind derart ausgebildet und angeordnet, dass die Kamera ein Signal vom Licht bzw. eine Abbildung der Lichtfläche erfassen kann, das die Folie emittiert, auf die Scheibe trifft und von der Scheibe reflektiert wird. Insbesondere korreliert dabei das von der Kamera detektierte Signal bzw. die Lichtfläche(n) mit an der Scheibeninnen- bzw. -außenseite und/oder am Regentropfen reflektierten bzw. gestreuten Licht, das von der Folie emittiert wird.
  • Die Kamera umfasst bevorzugt einen Bildsensor, z.B. einen CCD- oder CMOS-Sensor, und ein Objektiv bzw. Abbildungssystem zur Fokussierung von elektromagnetischer Strahlung aus einem oder mehreren Bereichen auf den Bildsensor.
  • Bevorzugt wird Regen auf der Außenseite der Scheibe erkannt, indem die Kamera hinter der Scheibe angeordnet und auf einen Fernbereich vor der Scheibe fokussiert wird.
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung bietet den Vorteil, dass eine kostengünstige Beleuchtung verwendet wird, die eine robuste und zuverlässige Erkennung von Regen ermöglicht. Sowohl die Material- als auch die Fertigungskosten für eine erfindungsgemäße Vorrichtung sind gering gegenüber bekannten kamerabasierten Vorrichtungen mit vergleichbar vielseitigen Anwendungsgebieten und vergleichbarer Wirksamkeit bzw. Empfindlichkeit der Regendetektion.
    Vorteilhaft sind die Kamera und die aktiv Licht emittierende Folie derart ausgebildet und angeordnet, dass die Kamera ein erstes Spiegelbild der an der Innenseite der Scheibe reflektierten Lichtfläche und eine zweites Spiegelbild der an der Außenseite der Scheibe reflektierten Lichtfläche erfassen kann. Bei der Auslegung der Elemente der Vorrichtung sollten insbesondere Eigenschaften der Scheibe, wie z.B. Neigungswinkel, Brechungsindex und Dicke, berücksichtigt werden.
  • Bevorzugt sind dabei die Kamera und die aktiv Licht emittierende Foliederart ausgebildet und angeordnet, dass das erste und das zweite von der Kamera erfassbare Spiegelbild einander nicht überlappen, sie können dabei aneinander angrenzen. Das erste Spiegelbild ist unabhängig vom Vorliegen von Regentropfen im beleuchteten Bereich der Scheibe, während das zweite Spiegelbild sich bei vorliegenden Regentropfen im beleuchteten Bereich der Scheibe verändert bzw. abschwächt, da Teile der Lichtintensität durch die Regentropfen aus der Scheibe ausgekoppelt werden und nicht zur Kamera reflektiert werden.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform umfasst die Folie mindestens eine organische Leuchtdiode (OLED) zur aktiven Emission von Licht. Organische Leuchtdioden sind aus mehreren organischen Schichten aufgebaut. OLED umfassen dabei organische halbleitende Materialien, weisen eine Anode und eine Kathode auf und können auf biegbaren Kunststofffolien angeordnet sein. OLED bieten den Vorteil, dass sie drucktechnisch und somit vergleichsweise kostengünstig hergestellt werden können und mit Gleichspannung elektrisch angesteuert werden. Dadurch ist eine Begrenzung oder eine Anpassung der Lichtfläche möglich.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Folie eine Elektrolumineszenzfolie. Eine Elektrolumineszenzfolie wird auch als Kondensator-Leuchtfolie (verkürzt auch Leucht- oder Lichtfolie) bezeichnet, da sie vom Aufbau her einem Plattenkondensator ähnelt. Das elektrolumineszente Material liegt elektrisch isoliert zwischen zwei Elektroden. Durch Anlegen einer elektrischen Wechselspannung an die Elektroden wird das elektrolumineszente Material zur Emission von Licht angeregt. Die leuchtende Elektrolumineszenzfolie eignet sich als Beleuchtungsquelle zur Regenerkennung. Elektrolumineszenfolien bieten den Vorteil, dass sie dünner und weniger komplex aufgebaut sind als OLED.
  • Vorteilhaft weist die Folie eine Mehrzahl von einzeln elektrisch ansteuerbaren, Licht emittierenden Bereichen auf. Beispielsweise kann die Folie matrixförmig aus einzeln elektrisch ansteuerbaren, Licht emittierenden Zellen aufgebaut sein. Durch eine entsprechende elektrische Ansteuerung kann so die Form bzw. Größe der Lichtfläche variiert bzw. angepasst werden. Vorteilhaft ist eine aus mehreren rechteckigen bzw. rahmenförmigen Zellen aufgebaute Folie, wodurch die Größe einer rechteckigen Beleuchtungsfläche variiert werden kann. Das eröffnet eine Möglichkeit sicherzustellen, dass das erste und das zweite von der Kamera erfassbare Spiegelbild einander nicht überlappen.
  • Bevorzugt umfasst die Vorrichtung ein Beleuchtungssteuergerät zur elektrischen Ansteuerung der Folie. Dadurch kann insbesondere bei einer Mehrzahl von einzeln elektrisch ansteuerbaren, Licht emittierenden Bereichen bzw. Zellen auf der Folie eine angepasste Lichtfläche erzeugt werden.
  • Vorteilhaft ist die Kamera mittels eines Objektivs auf einen Fernbereich fokussiert, so dass das oder die Spiegelbilder der Lichtfläche unscharf von der Kamera abgebildet wird oder werden. Dadurch kann die Kamera als Multifunktionssensor für eine oder mehrere weitere Fahrerassistenzfunktionen eingesetzt werden, die auf einer Auswertung des fokussiert abgebildeten Fernbereichs beruhen, wie z.B. eine Spurverlassenswarnung (LDW, Lane Departure Warning), eine Spurhalteunterstützung (LKA/LKS, Lane Keeping Assistance/System), eine Verkehrszeichenerkennung (TSR, Traffic Sign Recognition), eine automatische Fernlichtsteuerung (IHC, Intelligent Headlamp Control), eine Kollisionswarnung (FCW, Forward Collision Warning), eine automatische Längsregelung (ACC, Adaptive Cruise Control), eine Einparkunterstützung und automatische Notbrems- oder Notlenksysteme (EBA, Emergency Brake Assist oder ESA, Emergency Steering Assist).
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Foliein einer Aussparung eines Gehäuses angeordnet. Das Gehäuse kann insbesondere das Gehäuse der Kamera, der Kameraelektronik oder des Beleuchtungssteuergeräts sein. Das Gehäuse kann aus Metall gefertigt sein.
    Vorteilhaft kann das Beleuchtungssteuergerät auf einer Leiterplatte angeordnet sein, wobei die Leiterplatte Bestandteil oder Träger der Kameraelektronik ist. Die Leiterplatte kann zudem innerhalb des Gehäuses angeordnet sein.
  • Vorteilhaft umfasst die Kamera einen Sichttrichter bzw. eine Sichtblende bzw. eine Streulichtblende, welche insbesondere das Sichtfeld der Kamera (nach unten) begrenzt und idealerweise Stör- und Streulichtreflexe minimiert. Die Folie ist am Sichttrichter angeordnet oder in den Sichttrichter integriert. Um eine kompakte Bauweise der Kamera mit integrierter Beleuchtung zu erzielen, kann die Folie derart in den Sichttrichter integriert sein, dass sie in diesem Bereich den Sichttrichter "ersetzt". Alternativ kann der Sichttrichter einen Bereich aus lichtdurchlässigem Material aufweisen und die Folie kann insbesondere darauf angeordnet sein.
  • Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Figuren und Ausführungsbeispielen näher erläutert.
  • Es zeigen:
    • Fig. 1 schematisch das Grundprinzip einer möglichen Anordnung von Beleuchtungsquelle, Scheibe und Kamera zur Regenerkennung (im Längsschnitt) und
    • Fig. 2 eine Anordnung von einer aktiv Licht emittierenden Folie, Scheibe und Kamera zur verbesserten Regenerkennung.
  • Fig. 1 zeigt im Längsschnitt eine auf den Fernbereich fokussierte Kamera mitsamt Objektiv (1) und einer LED-Beleuchtungsquelle (7), die Licht (o, p, h) auf eine Windschutzscheibe (2) eines Fahrzeugs ausstrahlt, grundsätzlich vergleichbar mit einem Ausführungsbeispiel der WO 2012/092911 A1 . Die LED-Beleuchtungsquelle (7) emittiert Licht in einer bestimmten Verteilung (p) hier mit einem Abstrahlwinkel bzw. einer Halbwertsbreite (FWHM) der Abstrahlwinkelverteilung von 120° und einer maximalen Intensität in der zentralen Abstrahlrichtung (o). Der Öffnungswinkel der Beleuchtung ist so groß, dass von einer Strahlrichtung (h) an der Innen- (2.1) und Außenseite (2.2) der Scheibe reflektierte Strahlen als zwei räumlich getrennte Strahlen (r1, r2) auf das Objektiv bzw. die Kamera (1) auftreffen. Das meiste von der LED-Beleuchtungsquelle (7) emittierte Licht (Richtung o) wird jedoch von der Windschutzscheibe (2) nicht zur Kamera (1) reflektiert und geht für die Regenerkennung verloren. Wegen der Fokussierung auf den Fernbereich wird die Umrandung der Strahlenbündel nur unscharf von der Kamera (1) abgebildet. Beide reflektierten Strahlen (r1, r2) sind ausreichend getrennt und ihre jeweiligen Lichtreflexe sind mit der Kamera (1) messbar.
  • Der an der Luft-Scheibe-Grenzfläche (bzw. Scheibeninnenseite (2.1)) reflektierte Anteil (r1) des Lichtstrahls (h) kann als Referenzstrahl dienen. Vom Anteil, der in die Scheibe transmittiert wird, dient der Anteil als Messstrahl (r2), der an der Scheibe-Luft/Regentropfen-Grenzfläche (bzw. Scheibenaußenseite (2.2)) reflektiert wird und auf die Kamera (1) trifft. Nicht dargestellt ist der Anteil des Strahls, der mehrfach innerhalb der Scheibe (2) reflektiert wird (an der Innenseite (2.1) Scheibe-Luft, nachdem er an der Außenseite (2.2) Scheibe-Regentropfen reflektiert wurde). Die dargestellten Strahlenverläufe (h, r1, r2) und Lichtverteilungen (o, p) sind schematisch.
  • Wenn bei Regen die Außenseite (2.2) der Windschutzscheibe (2) benetzt ist, wird ein Großteil des durch die Innenseite (2.1) in die Scheibe transmittierten Lichts ausgekoppelt, so dass der reflektierte Anteil (r2) schwächer ist als er es bei einer trockenen Scheibe ist (nicht dargestellt) . Der von der Innenseite (2.1) reflektierte Strahl (r1) ist von einer Benetzung der Scheibenaußenseite (2.2) unbeeinflusst.
  • Durch den Vergleich der gemessenen Lichtreflexe beider Strahlen (r1 zu r2) kann so leicht das im Regenfall verminderte Signal gemessen werden und ein Scheibenwischer entsprechend angesteuert werden.
  • Die LED-Beleuchtungsquelle (7) umfasst vorzugsweise mehrere in einer Reihe angeordnete LEDs mit einem weiten Abstrahlwinkel, von denen in Fig. 1 nur eine dargestellt ist. Die weiteren LEDs können insbesondere senkrecht zu der in Fig. 1 dargestellten Ebene aufgereiht sein. Eine Mehrzahl von LEDs ist vorteilhaft, um eine für die Regenerkennung ausreichende Beleuchtung zu erzielen. Die LEDs sind insbesondere als nach oben abstrahlende SMD-Bauteile auf einer Leiterplatte (4) angeordnet. Die Leiterplatte (4) kann vorteilhaft eine PCB (printed circuit board) der Kameraelektronik sein, welche zum Schutz vor Schmutz, Feuchtigkeit und elektromagnetischen Störungen innerhalb eines Gehäuses (5) angeordnet ist. Die Verbindungslinie zwischen der Kamera (1) und der Leiterplatte (4) in Fig. 1 soll nur veranschaulichen, dass die Leiterplatte (5) Bestandteil der Kameraelektronik ist.
  • Der von den LEDs (7) beleuchtete Bereich der Windschutzscheibe (2), der zur Regenerkennung genutzt werden kann, ist sehr klein, z.B. in der Größenordnung weniger mm2. Nur in diesem (Detektions-)Bereich werden Regentropfen, die sich auf der Außenseite der Scheibe befinden von LEDs beleuchtet. Die Empfindlichkeit der Regenerkennung hängt von der Lichtintensität und der Größe des Detektionsbereichs auf der Windschutzscheibe ab. Mit LEDs als Beleuchtungsquelle (7) entspricht der Detektionsbereich dem Spiegelbild, welches durch Reflexion der LED-Emissionsoberflächen an der Scheibe entsteht. Die dadurch abgedeckte (Detektions-)Fläche ist nicht ausreichend für eine wirksame Regenerkennung.
  • Fig. 2 zeigt eine Anordnung mit einer aktiv Licht emittierenden Folie (3) als Beleuchtungsquelle. Die Folie ist elektrisch ansteuerbar und kann insbesondere eine oder mehrere organische Leuchtdioden (OLED) umfassen. Die OLED-Folie (3) leuchtet, wenn sie mit einer geeigneten Gleichspannung von einem Beleuchtungssteuergerät (6) angesteuert wird. Das von der OLED-Folie (3) emittierte Licht (h) führt zu einer gleichmäßig beleuchteten Folienoberfläche (s) (Lichtfläche).
  • Die Spiegel- bzw. virtuellen Bilder von der Lichtfläche (s) erzeugt von der Scheibeninnenseite (i1) bzw. -außenseite (i2) sind für die Kamera (1) sichtbar.
    Abhängig von der Größe der beleuchteten Fläche (s), Beschaffenheit (Brechungsindex und Dicke) der Windschutzscheibe, den Winkeln zwischen der beleuchteten Fläche (s) und der Windschutzscheibe (2) sowie zwischen der Windschutzscheibe (2) und der optischen Achse der Kamera (1) kann es zu einer Überlappung von erstem (i1) und zweitem (i2) Spiegelbild im Kamerabild kommen. Dieser Überlappungsbereich kann nicht bzw. nur schwierig zur wirksamen Regenerkennung genutzt werden. Vorzugsweise sollte eine Überlappung von erstem (i1) und zweitem (i2) Spiegelbild im Kamerabild vermieden werden.
  • Eine mögliche Maßnahme zur Vermeidung dieser Überlappung stellt das Anpassen der Lichtfläche (s) dar. Dies ist möglich, wenn die Folie (3) eine Mehrzahl von einzeln elektrisch ansteuerbaren, Licht (h) emittierenden Bereichen aufweist. Dazu kann die Folie (3) matrixförmig aus einzeln elektrisch ansteuerbaren, Licht (h) emittierenden Zellen aufgebaut sein. Durch eine entsprechende elektrische Ansteuerung der einzelnen Zellen mittels des Beleuchtungssteuergeräts (6) kann so die Form bzw. Größe der Lichtfläche (s) angepasst werden. Dadurch kann also die Lichtfläche so begrenzt warden, dass es keine derartige Überlappung gibt.
  • Um die Vorrichtung für verschiedene Fahrzeuge mit verschiedenen Neigungswinkeln der Windschutzscheibe (2) anzupassen, kann die Folie (3) in einem vorgegebenen festen Winkel und optional auch einem festen vorgegebenen Abstand zur jeweiligen Windschutzscheibe (2) angeordnet werden. Dazu kann insbesondere die Folie (3) mit einem entsprechenden Kippwinkel beaufschlagt angeordnet sein. Auch eine gekrümmte Anordnung der Folie (3) ist möglich, wodurch geringe Unterschiede des Neigungswinkels bei Windschutzscheiben (2) hinreichend kompensiert werden können. Dadurch ist die Abdeckung bzw. Beleuchtung eines gleichartigen Detektionsbereichs auf der jeweiligen Windschutzscheibe (2) für unterschiedliche Windschutzscheibenneigungen in unterschiedlichen Fahrzeugtypen möglich.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Kamera
    2
    Windschutzscheibe
    2.1
    Innenseite der Windschutzscheibe
    2.2
    Außenseite der Windschutzscheibe
    3
    aktiv Licht emittierende Folie als Beleuchtungsquelle
    4
    Leiterplatte
    5
    Gehäuse
    6
    Beleuchtungssteuergerät
    7
    LED-Beleuchtungsquelle
    p
    Verteilung des von der Beleuchtungsquelle emittierten Lichts
    o
    Emissionsrichtung mit der maximalen Intensität der Beleuchtungsquelle
    h
    Beleuchtungsstrahlrichtung, die von der Kamera erfasst wird
    r1
    Anteil von h, der an der Scheibeninnenseite reflektiert und von der Kamera erfasst wird
    r2
    Anteil von h, der an der Scheibenaußenseite reflektiert wird und von der Kamera erfasst wird
    s
    Lichtfläche
    i1
    Spiegelbild der an der Scheibeninnenseite reflektierten Lichtfläche
    i2
    Spiegelbild der an der Scheibenaußenseite reflektierten Lichtfläche

Claims (10)

  1. Vorrichtung zur Erkennung von Regen auf einer Scheibe (2) umfassend
    - eine Kamera (1),
    dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung
    - eine elektrisch ansteuerbare, aktiv Licht (h) emittierende Folie (3) hat, und
    - wobei das von der Folie (3) emittierte Licht (h) als Lichtfläche (s) austritt, und
    - wobei die Kamera (1) und die Folie (3) derart ausgebildet und angeordnet sind, dass die Kamera ein Signal vom Licht (r1, r2) erfassen kann, das die Folie (3) emittiert, auf die Scheibe (2) trifft und von der Scheibe reflektiert wird.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Kamera ein erstes Spiegelbild der an der Innenseite der Scheibe (2.1) reflektierten Lichtfläche (s) und eine zweites Spiegelbild (i2) der an der Außenseite der Scheibe (2.2) reflektierten Lichtfläche (s) erfassen kann.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei das erste (i1) und das zweite von der Kamera (1) erfassbare Spiegelbild (i2) einander nicht überlappen.
  4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Folie (3) eine organische Leuchtdiode umfasst.
  5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Folie (3) eine Elektrolumineszenzfolie ist.
  6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Folie (3) eine Mehrzahl von einzeln elektrisch ansteuerbaren, Licht (h) emittierenden Bereichen aufweist.
  7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vorrichtung ein Beleuchtungssteuergerät (6) zur elektrischen Ansteuerung der Folie (3) umfasst.
  8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kamera (1) mittels eines Objektivs auf einen Fernbereich fokussiert ist, so dass das oder die Spiegelbilder (i1, i2) der Lichtfläche (s) unscharf von der Kamera (1) abgebildet werden.
  9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Folie (3) in einer Aussparung eines Gehäuses (5) angeordnet ist.
  10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kamera (1) einen Sichttrichter umfasst und die Folie (3) am Sichttrichter angeordnet oder in den Sichttrichter integriert ist.
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